JP2009197801A - Ｅｇｒ制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】内部で生じる過渡運転中のエンジン内の流体力学的状態を考慮し、ＥＧＲシステムにおけるエンジンのアクティブ制御に向けられた制御システムを備える内燃エンジンを提供すること。
【解決手段】排気ガス循環システムを備えた内燃エンジンにおいて、エンジンの吸気パイプ、排気パイプ、及び循環パイプの流体力学的状態を調整する物理学的法則に基づいて構成されている「有効ラムダ」と「有効ＥＧＲパーセンテージ」の量の分析モデルを処理するように設計された電子制御手段が設けられている。モデルによって評価された前記量の値と、エンジンの運転状態に関連する前記量の基準値との偏差に基づいて、循環回路を制御する弁の制御に関する補正の動作が実行される。
【選択図】図３

Description

本発明は、
主空気パイプと、
前記主空気パイプの下流にあって前記主空気パイプを通過する量よりも多いガス質量が通過する吸気パイプと、
前記吸気パイプと排気パイプをそれぞれ制御する少なくとも１つの吸気弁と少なくとも１つの排気弁とを備えた少なくとも１つのシリンダと、
排気ガス循環弁により制御され、排気パイプを流れる排気ガスの一部を吸気パイプに再供給する
排気ガス循環のための少なくとも１つの循環パイプ、又は弁可変駆動システムを用いてシリンダの燃焼室内で直接排気ガスを循環する手段と、
前記主空気パイプを通過する空気の流量センサと、
エンジンの運転状態を検出する第１センサ手段と、
前記吸気パイプと排気パイプの流体力学状態を検出する第２センサ手段と、
前記少なくとも１つの循環パイプの前記循環弁、又は前記弁可変駆動システムを出力信号を介して制御するように設計された電子制御手段とからなり、
前記電子制御手段は、前記主空気パイプを通過する空気の流量センサと前記第２センサ手段に基づいて、前記少なくとも１つの循環パイプ内、又は前記シリンダの燃焼室内の循環排気ガスの質量流量を指示する第１信号を処理するように設計された制御ブロックを有する、
タイプの内燃エンジンに関する。

循環ガスが排気マニホールドの直下流で取得され吸気マニホールドの直上流に再導入される「高圧」ＥＧＲ回路と、循環ガスがタービン（存在する場合）と排気ガスを処理する装置（触媒コンバータ及び微粒子トラップ）の直下流で取得される「低圧」ＥＧＲ回路とを含む排気ガス循環システム（ＥＧＲ）からなるタイプの内燃エンジンは、本願出願人名で出願された特許文献ＥＰ１５８９２１３Ａ１に記載されている。この文献から、高圧ＥＧＲ回路の代案として、エンジン弁の可変駆動用システムにより得られる、燃焼室内のＥＧＲを提供することが公知である。前記「内部」ＥＧＲシステムは、それ自身、本願出願人名で出願されたＥＰ１２７３７７０Ａ２から公知である。

図１は、前述したタイプの内燃エンジンの第１例を示し、該内燃エンジンは、高圧パイプと低圧パイプの２つの循環パイプで形成された循環システムを想定している。

詳しくは、図１に示すエンジンは、参照符号１で示され、典型的には空気フィルタ３とこの下流に質量空気流量センサ４とが設置された主空気パイプ２を有する。前記主空気パイプ２はさらに、前記空気フィルタ３と流量センサ４の下流にスロットル弁５を備えている。

主空気パイプ２は、吸気パイプ２ａに接続され、該吸気パイプ２ａには典型的には、コンプレッサ６と、吸気パイプ２ａを循環するガス質量を熱的に調整する装置７とが介在されている。

吸気パイプ２ａは、特にエンジンの吸気弁（不図示）を介して、参照符号８で示されたエンジンシリンダと連通している。シリンダ８の排気口（不図示）は排気パイプ９に接続され、該排気パイプ９には典型的にはタービン１０が介在され、また排気パイプ９は例えば触媒コンバータからなる排気ガスを処理する装置１１により遮断され、この装置１１の下流には連続して微粒子排除フィルタ１２とサイレンサ１３が介在されている。

前述したように、エンジン１は高圧循環パイプ１４を有し、該循環パイプ１４は、内燃エンジン８とタービン１０の間の排気パイプ９の１点から上流に分岐し、吸気パイプ２ａの下流の冷却装置７とシリンダ８の間に設定された１点に接続されている。循環パイプ１４内の循環流れは循環弁１５により制御される。

図１のシステムはさらに、参照符号１６により示された低圧循環パイプを有し、該循環パイプ１６は、フィルタ１２とサイレンサ１３の間の１点で排気パイプ９から上流に分岐し、主空気パイプ２と吸気パイプ２ａの間の接続点に合流している。

前述のエンジンは前に引用したヨーロッパ特許第ＥＰ１５８９２１３Ｂから公知である。この文献に詳細に記載されているように、そこに設けられている排気ガス循環（ＥＧＲ）システムは、高圧回路と低圧回路の両方の運転の調整に基づいて、循環排気ガスの精密で有効な制御を保証することを目的としている。

実際に、前述して循環システムでは、シリンダに戻る排気ガスの広範囲流れ（global flow）の量と温度を精密に調整するために、それぞれ比較的低い温度値と比較的高い温度値を示す高圧パイプの排ガスの流れと低圧パイプの排ガスの流れとの間の所定の分布が確立されている。

低圧と高圧の循環パイプを結合した排ガス循環システムのさらなる利点は、本願出願人名で出願された前述のヨーロッパ特許に広く記載されている。

低圧循環回路と組み合わせた、低圧と高圧の排気ガス流れを結合し排気ガス循環システムを再度参照すると、本願出願人名で出願された前述のヨーロッパ特許出願第ＥＰ１２７３７７０Ａ２に記載されたものにより、エンジンに排気ガスを循環する内部システムを設けることが可能である。前記代案は図に概略的に示されている。特に、ヨーロッパ特許出願第ＥＰ１２７３７７０Ａ２には、エンジンの弁を可変駆動するシステムを備えたエンジンが記載されている（本発明の構成において、吸気弁、排気弁、又はこれらの両方に適用することができる）。前記公知のシステムでは、エンジン弁は、電子制御装置により制御されるソレノイド弁により排気時に設定することができる加圧流体室を介して、エンジンのカムシャフトのそれぞれのカムにより制御される。加圧流体室が排気時に設定されると、また制御カムが開放を維持する傾向がある場合、各弁は迅速にその閉鎖状態に戻る。前記配置を活用することにより、任意の所望の法律に従って、エンジン弁の開放と閉鎖の段階整合（phasing）を所望のように変更することができる。特に、前述のヨーロッパ特許出願は、エンジンの運転のサイクルのある行程で、吸気弁と排気弁を同時に開放して、排気ガスの内部循環を得ることを維持するように、システムの電子制御手段をプログラミングする可能性を想定している。この提案によると、シリンダの排気の通常行程中に、排気ガスの一部が排気パイプに入る代わりに吸気パイプに戻り、次の吸気段階で燃焼室に再度導入される。内部循環の同一の効果は、吸気弁と排気弁の同時開放と同一の原理を使用して、シリンダの通常の吸気段階中に得ることができる。これらの両ケースにおいて、少量の燃焼ガスは燃焼室に戻り、次の燃焼サイクルに加わる。

本発明は、前述の技術に基づいている。

低圧ＥＧＲシステムの使用は、エンジン性能の観点から有利である。循環排ガスの温度の低減と燃焼室内の不活性ガスの質量の増加が可能で、ＮＯｘ減少に関して有益な効果を有するからである。残念ながら、前記システムの過渡的制御は、低圧ＥＧＲ量（弁１７）の調整点と燃焼室８の間に存在する大きな容量のために、かなりの複雑性が存在する。前記容量内のガスは、エンジンの過渡運転（transient operation）の期間中に、輸送、伝搬、及び蓄積を受け、このために、過渡期中に、弁１７に循環する量は燃焼室８内に存在するものと著しく異なる。

空気流量計４は前述した容量の上流に配置されているので、同一の問題があることに注意すべきである。すなわち、吸気及び排気容量内の空気の力のために、エンジンに有効に利用可能な空気の流量値を反映しないという意味において、過渡状態では、流量計４の測定は信頼性のある情報を生成しない。

これに関連して、公知技術の解決手段は、エンジンの過渡運転の期間中に循環排気ガスの流れのアクティブ制御を想定していない。

低圧循環回路と高圧循環回路の組合せにより、２つの重要な効果を達成することができる。すなわち、低圧ＥＧＲ（冷）と高圧ＥＧＲ（熱）を適切に混合して、エンジンにより取り込まれるチャージ（charge）の温度を調整する可能性と、エンジン弁の可変駆動システムにより高圧循環弁１５又は内部ＥＧＲシステムに適切に作用することにより循環ガスの全量を精密に制御する可能性である。しかしながら、その瞬間には、エンジンにより取り込まれるガス混合物の組成と温度を最適化するために、過渡の流体力学的状態で生じる現象を考慮した循環システムのアクティブ調整を有効にすることができるエンジンの電子制御手段により行われる如何なる生後も存在しない。

伝統的には、実際に、エンジンの電子制御手段は、噴射燃料の量やエンジン回転数（r.p.m）、主空気パイプを制御する流量センサにより検出された空気流量のような、エンジンで検出された運転状態に基づいて、それぞれの循環パイプに関連した循環弁を制御する。このタイプの制御は、エンジンの前述の運転状態に対応する運転条件において、循環弁の設定を可能にし、これにより、安定状態条件において、ＥＧＲ流量を有効に調節することができ、該流量はエンジンの運転の所定の点に対する基準流量として固定される。

しかしながら、運転の第１点から第２点に通過するエンジンの過渡期間中に、典型的には質量流量の値又は循環流量のパーセンテージの増加又は減少に対応する点に設定されている特にアクチュエータの応答時間、搬送遅延、ガス質量の蓄積現象が生じ、これにより基準流量に対する燃焼室の入口への排気ガスの有効循環流量の偏差が生じる。

ＥＰ１５８９２１３Ａ１ ＥＰ１２７３７７０Ａ２ ヨーロッパ特許第ＥＰ１５８９２１３Ｂ

本発明の目的は、内部で生じる過渡運転中のエンジン内の流体力学的状態を考慮し、ＥＧＲシステムにおけるエンジンのアクティブ制御に向けられた制御システムを備える内燃エンジンを提供することで、前述の問題を克服することである。

前記目的は、請求項１による内燃エンジンを提供することで達成される。

本発明は、特に、電子制御手段がＥＧＲシステムの運転を示す最も有意量（significant quantity）の「仮想」センサとして使用されるエンジンシステムの流体力学モデルを処理することを想定している。

前記量は、例えば、エンジンの吸気及び排気システムの各パイプ内の残留空気の流量、燃焼ガスの流量、前記パイプ及びシリンダ内の「有効ＥＧＲパーセンテージ」、及びシリンダでの「有効ラムダ（effective lambda）」の値である。前記量は以下に詳細に説明する。

前述の制御システムは、前記量の基準値を前述の分析モデルにより推定される値と比較する制御アルゴリズムを想定している。基準値は、エンジンシステム内の安定状態流体力学的状態に対して、エンジンの運転のポイントに従って電子制御手段により評価される。

「仮想」センサとして作動する前記分析モデルの手段は、例えば「有効ＥＧＲパーセンテージ」と「有効ラムダ」の量に関して、エンジンの吸気及び排気システムを構成する種々のパイプ内、及び特にシリンダの燃焼室内に有効に存在する条件を評価し、エンジンの運転の所定のポイントに起因する基準調整を適切に訂正であろう高圧（すなわち内部）排気ガス循環システムの適切な調整を行うことによって過渡現象の開始から派生する効果を補うことを可能にする。

本発明の好ましい実施形態は、図１と図２の例に対して前述された冷高圧循環回路と低圧循環回路で構成された排気ガス循環システムを備えた内燃エンジンを想定している。好ましくは、内燃型における前述した制御システムの利用は、高圧及び低圧回路で生じる過渡現象に対する前述の量の値の偏差を制御するために、前述した分析モデルを処理することを想定している。これにより、前記量の実質価値の評価において、前記過渡現象は有効に考慮され、安定状態基準状態に基づいて決定される高圧回路の循環値に起因する制御について、適切な訂正が行われる。このような訂正は、２つのシステムの制御が互いに干渉するのを防止するために、低圧排気ガス循環回路の制御に対する運転との連携（co-ordination）を想定している。

以下、単に非限定的な例として設けられた図面を参照して、本発明をさらに説明する。

共通レールタイプ（common-rail type）の４シリンダと電子噴射システムを備えた内燃エンジンの第１例を示す。 共通レールタイプ（common-rail type）の４シリンダと電子噴射システムを備えた内燃エンジンの第２例を示す。 本発明によるエンジンを制御するシステムを示し、エンジンは２重回路排気ガス循環システムを備えている。 本発明によるエンジンを制御するシステムの詳細の１例を示す。 単に非限定的な例として設けられた本発明によるエンジンを制御するシステムの運転の可能性のあるモードを示す図である。 本発明による排気ガス循環システムの運転を示す最大の意義量の評価に使用されるエンジンシステムの流体力学的モデルの可能性のある実施例の概略図である。 本発明による制御システムの実施のさらなる要素を示す。 内燃エンジンの流れ図を示す。

例えば図１と２に示されたタイプの内燃エンジンを参照すると、「有効ＥＧＲパーセンテージ」と「有効ラムダ」の量は、ＥＧＲシステムの運転により影響をうけるエンジンの運転状態の制御に特に重要である。

「有効ＥＧＲパーセンテージ」は、循環残留空気から精製された循環燃焼ガスの質量流量とシリンダへの吸い込み時の質量流量との間のパーセンテージで表現される比率として規定される。その代わり、「有効ラムダ」の量は、循環残留空気を含むシリンダに有効に吸い込まれた空気の量を、シリンダに噴射される燃料の量と関連付ける。以下に、前述の量の分析式を与え、前記式に含まれる変数は図７に現れている。

前記量の各々については、それ自体当業者に公知の方法により、通常運転の状態でエンジンで到達される各状態に相当する基準値を確立することができる。前記基準値は、エンジン電子制御装置で利用可能な情報に基づいて決定される。このうち、純粋に非限定的な例として説明すると、噴射燃料の量、エンジン回転数（ｒｐｍ）、エンジン冷却水の温度、主パイプ２に吸い込まれた空気の温度及び圧力の状態、シリンダ８の吸気弁における温度及び圧力の状態、シリンダ８の吸気弁における温度及び圧力の基準値、主パイプ内の空気流量の基準値（図１と２の測定点４）のようなエンジン（エンジンの状態のポイント）で測定される運転状態がある。

図３は、図１と２に示されたエンジンのタイプに対して、エンジンの電子制御手段により採用されている制御方法の概略図である。

特に図３に、２つの異なる制御システムを示し、その上図はＥＧＲシステムの低圧回路で作用する制御システムを示し、下図は高圧回路に相当する点に作用するシステムを示す。

高圧排気ガス循環回路を制御するシステムを考えると、電子制御手段は第１制御ブロック１８と第２制御ブロック１９とからなる。図３に示すように、第１制御ブロック１８は、入力において、選択された基準量の決定に必要な全ての信号、例えばエンジン回転数（ｒｐｍ）、シリンダに噴射される燃料の量、さらに一般的にはエンジン電子制御装置内で利用可能な全ての情報を受け取る。前記制御ブロック１８は、前述した量の基準値を特定するように設計され、該基準値は安定状態の流体力状態でエンジンそれ自体に望まれる値に相当するシリンダの運転状態を示す。図３に示す例では、前記量は燃焼室内の「有効ラムダ」と「有効ＥＧＲパーセンテージ」である。

第２制御ブロック１９は、エンジンの過渡流体力学状態に相当する点で決定される前述した量の現在値を推定するように設計されている。換言すれば、制御ブロック１９は、シリンダでの「有効ラムダ」とシリンダでの「有効ＥＧＲパーセンテージ」のような量によって仮定される推定値を決定する。

前記値は、本発明によるエンジンの電子制御手段により処理されるエンジンシステムの流体力学モデルに基づいて決定される。前記モデルは、求められているエンジンシステムにおける流体力学状態の表現の精度により、主空気パイプ、吸気パイプ、排気パイプ、及び高圧及び低圧ＥＧＲパイプの全て又は幾つかの内側の流体力学状態を考えることができる。

このモデルは、空気システムの種々のパイプ内のガス混合物の組成及び温度、特に空気及び燃焼ガスの流量、シリンダの「有効ＥＧＲパーセンテージ」と「有効ラムダ」を推定するために、考えられているシステム内の流体力学状態を表現するように設計されている。前記モデルは一般に、エンジン電子制御装置内で利用可能な全ての情報、特にエンジン自体の運転のポイントを決定するためにエンジンｒ.ｐ.ｍ.及び噴射された燃料の量に関するタイプの情報、及びエンジンシステム内、例えば吸気及び排気パイプ内、空気パイプ内、及び排気ガス循環パイプ内の所定野市に設置されたセンサ（例えば、温度、圧力及び流量センサ）から得られる情報を使用する。

このモデルは、測定されない又は直接測定可能でない量の推定のための「仮想」センサの機能を有し、パイプ内のガス流れの力学を支配する物理法則に基づいて処理される。これらの法則は、それ自体公知であるため、ここでは詳細に記載しない。

図３を再び参照すると、制御ブロック１８と１９により決定される値は、補正ブロック２０に転送される。この制御又は補正ブロック２０は、ブロック１９から来る推定量をブロック１８により決定された基準量と比較し、前記量間の偏差を決定し、補正の運転を実行する。

ここで考えられた偏差は、既に説明したように、エンジンシステムの運転状態の変化に対応するポイントでエンジンシステムに生じる過渡流体力学的状態から派生し、これに対して例えば輸送遅延とガス質量の蓄積の現象が生じる。

図４と４ａは、「シリンダ有効ラムダ」の量に適用される前述した過渡制御の実施例を示す。図４には制御ブロック１８と１９及び補正ブロック２０が示されている。

制御ブロック１８は、エンジンの所定稼働状態に対する「シリンダ有効ラムダ」の基準値を決定する。これに関して、図４ａはエンジンの所定の作動期間中にシリンダに噴射される燃料の量の線図を示す。一例として示された０．６ｓの瞬間における運転では、エンジンは、噴射燃料量がゼロに等しい状態から、噴射燃料量が１０ｍｍ^３/噴射である運転状態までの運転状態の変化を想定している。

前記状態に対して、制御ブロック１８は、噴射燃料の量の前述した線図に対応する「シリンダ有効ラムダ」の基準プロフィールを計算する。図４ａの中央の線図は、制御ブロック１８で精製される符号２１で示された基準「シリンダ有効ラムダ」の線図である。

図４ａに示す操作は、例えばアクセルペダルを放してギアチェンジし続いて押圧することによるエンジン運転ポイントの典型的な過渡の意味がある。

制御ブロック１９は、この代わりに、前述したエンジンシステムの運転状態の変化に対応する点でエンジンシステムに生じるガス流れの状態の過渡動力学を考慮して、燃焼室８で設定される「シリンダ有効ラムダ」の有効値の評価値（estimate）を決定するように設計されている。これらの「シリンダ有効ラムダ」の値は、制御ブロック１９により処理されるエンジンシステムのモデルにより得られる。例えば、既に前述したように、処理されるモデルは、吸気パイプ、空気パイプ、高圧及び低圧排気ガス循環パイプにより形成されるエンジンシステムを表す。

ブロック１９により評価される「有効ラムダ」の値のプロットは、参照符号２２で図４ａの中央に表されている。図４ａの例では、「シリンダ有効ラムダ」の推定過渡値は、対応する基準値より高く、これは燃焼室で利用される空気の量が過剰であることを示す。この偏差は高圧循環システムにより循環するガスの量の動力学的補正により補償される。

補正ブロック２０は、ブロック１８と１９で決定された「シリンダ有効ラムダ」の値の差を評価する。前述の値の差は、補正ブロック２０の起動を正確に決定し、該補正ブロック２０は、以下に説明するように高圧循環弁１５に送信される指令に基づいて過渡的補正を行うことによって作動する。

前記補正は、高圧循環システムに作用することにより、「シリンダ有効ラムダ」の基準値と「シリンダ有効ラムダ」の評価値と間の差の迅速な減少を目指している。図４ａの中央の図を特に参照すると、「シリンダ有効ラムダ」の評価値は「シリンダ有効ラムダ」の基準値よりも高いことが分かる。これは、シリンダに噴射された燃料の量の変化から始まる過渡相で（図４ａの上部に示す）、制御ブロック１８により評価される基準状態に対して過剰な酸素が燃焼室で決定され、エンジン自身の汚染物質排出の逆効果が生じる。

この状況を考えると、補正ブロック２０は、前記「シリンダ有効ラムダ」の基準値と評価値の差を補正するために、循環排気ガスの補正質量流量ｍ_{HP EGR TRANS}を決定し、安定状態運転ｍ_{HP EGR STEADY}の状態に要求される対応する質量流量に加えるように作動する。

以下の流れを詳細により良く説明すると、この補正流量は高圧ＥＧＲシステムで循環する排気ガスのさらなる流量に相当し、エンジンの新たな走行状態に相当する基準流量に加えられる。該基準流量はこの場合各エンジンに対して約１０ｍ^３の噴射燃料量を想定している。図４ａの下に見られるように、補正ブロック２０で実行されるこの補正方法は、「シリンダ有効ラムダ」の基準値と評価値の間の偏差に依存する補正流量を生成し、この結果前記過渡的補正は評価量が各基準値に収束したときにゼロになる。

補正ブロック２０の図３に戻ると、前述した方法に従って、高圧ＥＧＲシステムの循環排気ガスの補正質量流量ｍ_{HP EGR TRANS}が処理される。

前述したように、この補正質量流量値は、エンジンシステム内の安定状態基準条件で決定される循環排気ガスの質量流量値に加えられる。安定状態条件の質量流量値は図３のブロック２３で計算される。ブロック２３は、エンジン電子制御ユニット内で利用可能な情報に基づいて、特に典型的にはエンジンr.p.m.（回転数）、シリンダに噴射する燃料量、エンジン冷却水の温度、及び大気圧及び温度のようなエンジンの運転条件から、前記値を計算する。この安定状態条件での質量流量値は基本的には、高圧ＥＧＲシステムで循環する排気ガスの質量流量の基準値を構成する。

最後に、本発明による内燃エンジンの高圧ＥＧＲ回路を制御する方法は、前述の補正流量と基準流量の合計から得られる循環排気ガスの質量流量の目標値を、高圧回路の循環値又は吸気及び/又は排気弁を制御する装置に送信される指令信号に変換するように設計されているブロック２４を想定している。

いま低圧排気ガス循環回路を制御する方法を参照すると、制御ブロック２５が設けられ、該制御ブロック２５は、例えばエンジンr.p.m.、シリンダに噴射される燃料量、エンジンの冷却水の温度、及び大気の圧力及び温度のようなエンジン制御装置内で利用可能な情報に基づいて、図１の主空気パイプ２を介して取得される質量空気流量の基準値を決定するように設計されている。

特に、閉ループ制御が設けられている（ブロック２５’）。この閉ループ制御は、シリンダへの全必要空気量を取得するために、主空気パイプに相当する点でデビメータ（debimeter）により測定される空気量により、前述の低圧排気ガス循環回路を調整する。

高圧回路を制御する装置で補正ブロック２０により生成される過渡的補正は、低圧回路内で検出することができる流体力学的状態、特に図１と２を参照すると主空気パイプ２内の空気流量４の測定値に必ず影響を与える。しかしながら、低圧回路を制御するシステムにとって、高圧循環回路に対して評価された補正質量流量に影響されないことが必要である。次に、全体として参照符号２６で示されている補償動作が想定され、該補償動作は低圧排気ガス循環回路の閉ループ制御に使用される基準値を補正する。図３は、前述した補償の可能な実施例を示し、該実施例は、高圧ＥＧＲ回路に対して計算された補正流量の同一値と同じ値又は如何なる場合にも比例した値により、主空気パイプ２の空気流量基準値を減少することからなる。この配置は、低圧循環を制御するシステムが、高圧循環システムに関する過渡的補正の存在下で不適切な方法で反応するのを防止するようになっている。

２つの循環回路を制御するシステムは、既に当業者で実施されている調整計画により、２つの回路内の動作の調整を想定している。前記２つの回路間の制御での調整は、矢印２７により図式的に示され、これは低圧回路の制御ブロック２５により計算される主空気パイプ２における質量流量基準値の高圧回路の制御ブロック１８への送信を示す。基本的には、主空気パイプ２における基準流量は、エンジン電子制御装置で利用可能な情報とエンジンの運転条件とともに、例えば燃焼室での「有効ＥＧＲシステムで循環パーセンテージ」及び「有効ラムダ」のような制御ブロック１８からの出力で、基準値を定義することが可能である。

図５は、本発明によるエンジンシステムの流体力学的モデルの実施例を示し、ここでは、両方の循環回路は概略的に示されている。高圧ＥＧＲ回路は、エンジン弁の可変駆動システムの援助で、シリンダの燃焼室内で直接、排ガスの循環を得るのに適した手段により置き換えることができる可能性がある。上に言及した流体力学的モデルの処理は、空気システム内で相当な量、特に測定されない、又は直接測定可能でないもの、すなわち各パイプ内で流体力学的状態の「仮想」センサの手段の評価を可能とする。前記「仮想」センサは、前に広範囲に記載したように、エンジンシステムに設置された標準センサ（大気圧、質量流量、空気フィルタの下流側の温度、吸気マニホールドの圧力及び温度、ディーゼル微粒子フィルタへの入力での圧力及び温度、排気ガスの酸素濃度等を検出するように設計されたセンサ）の測定値に基づいている。例えば、シリンダ内の圧力センサ、吸気の酸素濃度の線形センサ、排気マニホールドの圧力及び温度センサのような追加のセンサがさらに設けられてもよい。

センサから得られる測定値から、及びさらに一般的にはエンジンの運転条件を制御する電子制御手段に含まれる情報から、電子制御手段により処理される「仮想」センサは、
前に示された量、特に空気流量及び燃焼ガスの量、空気システムを形成する種々のパイプ内の「有効ＥＧＲパーセンテージ」、及び最後にシリンダの「有効ラムダ」を評価する。

図５に示す実施例では、前記量の評価は当該図に菱形で示される全ての点で行われる。

制御システムは、さらに、両方の循環回路に対して、循環排気ガスの質量流量の補正制御を実行するように動作する。

前に既に述べたように、このモデル又は「仮想」センサの使用は、特に輸送遅延及び蓄積効果のようなものを考慮するようにエンジンシステム内で設定されている過渡的現象を可能にする。さらに、循環排ガスなおの残留酸素の量が考慮されるので、「有効ラムダ」と「有効ＥＧＲパーセンテージ」の値を正確に評価し、内燃室に導入される空気と燃焼ガスの混合物の成分を正確に制御することができる。

図３に戻ると、本発明による制御主ステムは、さらに、ブロック２８の存在の可能性を想定している。このブロック２８は、排気回路内で燃焼ガスの量が不十分である場合に、シリンダへの所望のＥＧＲレベルを回復するために、過渡的条件でさらなる補正を実施する。前記状況は、例えば、遮断を延長したときに続いて見られる。この場合、噴射の延長された欠如により、エンジンの吸気及び排気システムからの燃焼ガスの排気が生じ、このために循環に十分な燃焼ガスが存在しない。ブロック２８は、取り込まれる空気の量を部分的にすることにより、例えば、スロットル弁５（図１と２）を閉じることにより、あるいは、エンジン弁の可変駆動のシステムでは、燃焼室に低流量のガスを導入するように吸気弁の位相（phasing）を補正することにより、シリンダへのλの値を減少する可能性を想定している。これにより、排気システムの燃焼ガスの一部分（fraction）、したがって循環できる燃焼ガスの量が増加する。

最後に、本出願人は、シリンダで生成される窒素酸化物（ＮＯｘ）の量とシリンダ自身により取り込まれるガス混合物における「有効ＥＧＲパーセンテージ」との間に実験的相関がある。燃焼室の「有効ＥＧＲパーセンテージ」を評価することができるエンジンシステムの流体力学的モデルの存在は、シリンダに生成されるＮＯｘの量をリアルタイムで決定するのにも、有利に利用することができる。実際には、前述した制御システムは、「有効ＥＧＲパーセンテージ」をリアルタイムで計算することを想定しているので、「有効ＥＧＲパーセンテージ」とＮＯｘの量の間に存在する相関関係を介して、シリンダ内に生成されるＮＯｘの実際量を得ることができる。有効ＥＧＲパーセンテージと生成ＮＯｘの量との間の相関関係は、エンジンで発生する単位動力（unit power）に対して、処理されるのが好ましい。したがって、効果的に生成されるＮＯｘの量を決定するために、本発明による制御システムは、図３にブロック２９で示され、かつ、図６で詳細に示されたアルゴリズムを実行することを引き受けるであろう。ブロック２９は、発生する単位動力当たりに生成されるＮＯｘの量と相関関係にあるエンジンシステムのモデルによって評価される有効ＥＧＲパーセンテージを設定するブロック２９ａと、エンジンで有効に発生する動力を評価するブロック２９ｂとからなっている。エンジンの所定の運転状態に相当するエンジンで生成されるＮＯｘの現実の量を取得するために、ブロック２９ａと２９ｂの処理データは、乗算の操作を介して、組み合せられる。

図２に示すタイプの内燃エンジンに前述した制御システムを適用する場合、前に報告したことが適用され、ここで「循環弁」の用語は、前述した様式（modalities）における弁の可変駆動のためのシステムにより調節されるシリンダの吸気又は排気弁を意味し、また
「循環パイプの流れ」の用語は、シリンダの内燃室への直接の排気ガスの循環を意味する。

１ エンジン
２ 主空気パイプ
２ａ 空気パイプ
８ シリンダ
９ 排気パイプ
１４ 高圧循環パイプ
１５ 低圧循環パイプ
１８ 第１制御ブロック
１９ 第２制御ブロック
２０ 補正ブロック

Claims (24)

1. 主空気パイプと、
   前記主空気パイプの下流にあって前記主空気パイプを通過する量よりも多いガス質量が通過する吸気パイプと、
   前記吸気パイプと排気パイプをそれぞれ制御する少なくとも１つの吸気弁と少なくとも１つの排気弁とを備えた少なくとも１つのシリンダと、
   排気ガス循環弁により制御され、排気パイプを流れる排気ガスの一部を吸気パイプに再供給する
   排気ガス循環のための少なくとも１つの循環パイプ、又は弁可変駆動システムを用いてシリンダの燃焼室内で直接排気ガスを循環する手段と、
   前記主空気パイプを通過する空気の流量センサと、
   エンジンの運転状態を検出する第１センサ手段と、
   前記吸気パイプと排気パイプの流体力学状態を検出する第２センサ手段と、
   前記少なくとも１つの循環パイプの前記循環弁、又は前記弁可変駆動システムを出力信号を介して制御するように設計された電子制御手段とからなり、
   前記電子制御手段は、前記主空気パイプを通過する空気の流量センサと前記第２センサ手段に基づいて、前記少なくとも１つの循環パイプ内、又は前記シリンダの燃焼室内を循環する排気ガスの質量流量を指示する第１信号を処理するように設計された制御ブロック（２３）を有する、内燃エンジンにおいて、
   前記エンジンは、前記電子制御手段が第２制御ブロック（１８）からなり、該第２制御ブロック（１８）は、前記第１センサ手段と前記第２センサ手段により伝送されるデータに基づいて、安定状態条件での前記量の基準値が、前記吸気パイプ内を循環するガス質量の状態を表す少なくとも１つの量に起因するように設計され、
   前記電子制御手段はさらに、第３補正ブロック（１９，２０）からなり、第３補正ブロックは、前記吸気パイプ、前記排気パイプ、及び前記循環パイプのうち１又はそれ以上における流体力学的状態を調整する物理法則により構成される前記量の分析モデルを処理するように設計され、前記分析モデルは、前記第１センサ手段、前記第２センサ手段、及び前記流量センサによって伝送されるデータに基づいて、前記量の実際値の評価を生成し、前記補正ブロック（１９，２０）は、前記基準値と前記評価値の間の偏差の補正の動作を想定し、
   前記基準値と前記評価値の間の偏差の補正の動作は、排気ガスの補正流量を示す第２信号が生成されるようにし、前記第２信号は、前記第１信号に加えられ、前記少なくとも１つの循環パイプ内又はシリンダの燃焼室内を直接循環する排気ガスの補正流量を生じさせるように、前記電子手段の出力信号を生成することができ、この出力信号に前記基準値と前記評価値の間の等価が相当する、内燃エンジン。
2. 前記吸気パイプに介設された少なくとも１つのコンプレッサと、
   前記排気パイプに介設され、前記コンプレッサを制御する少なくとも１つのタービンと、
   前記タービンの下流の前記排気パイプに介設され、触媒コンバータ手段と微粒子濾過手段とからなる排気ガス処理装置と、をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジン。
3. 前記少なくとも１つの循環パイプは、前記タービンの上流の点で排気パイプから分岐して前記コンプレッサの下流の点で前記吸気パイプと合流する、排気ガス循環用の第１循環パイプからなることを特徴とする請求項２に記載の内燃エンジン。
4. 前記少なくとも１つの循環パイプは、前記タービンの下流の点で排気パイプから分岐して前記コンプレッサの上流の点で前記吸気パイプと合流し、前記電子制御手段により制御される第２排気ガス循環弁によって制御される、排気ガス循環用の第２循環パイプからなることを特徴とする請求項２に記載の内燃エンジン。
5. 前記手段は、弁可変駆動システムの援助によって、前記シリンダの内燃室内で直接排気ガスが循環するように設けられ、
   さらに、前記タービンの下流の点で排気パイプから分岐して前記コンプレッサの上流の点で前記吸気パイプと合流し、前記電子制御手段により制御されるそれぞれの排気ガス循環弁によって制御される、排気ガス循環用の循環パイプからなる、ことを特徴とする請求項２に記載の内燃エンジン。
6. 前記量は、循環残留空気から浄化される循環燃焼ガスの質量流量とシリンダへの吸気における質量流量との間の割合で表される比として規定される、シリンダへの「有効ＥＧＲパーセンテージ」を表すことを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジン。
7. 前記量は、循環残留空気を含みシリンダに有効に取り込まれる空気の量をシリンダ自身に噴射される燃料の量と相関させるシリンダでの「有効ラムダ」を表すことを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジン。
8. 前記量の分析モデルは、前記吸気パイプ、前記第１循環パイプ、及び前記排気パイプにおける流体力学的状態を調整する物理学的法則に基づいて構成され、前記補正流量の出力信号は、前記第１循環パイプの循環弁を制御するように設計されていることを特徴とする請求項４に記載の内燃エンジン。
9. 前記電子制御手段は、前記第１センサ手段に基づいて前記第２循環パイプ内を循環する排気ガスの質量流量を示す信号を処理するように設計されたさらなる制御ブロックからなり、前記電子制御手段は、排気ガスの補正流量を示す前記信号を前記第２循環パイプにおける排気ガスの質量流量を示す前記信号から減算することにより得られるさらなる出力信号を介して、前記第２循環パイプの第２循環弁を制御すること想定していることを特徴とする請求項８に記載の内燃エンジン。
10. 前記電子制御手段は、前記第１センサ手段に基づいて前記第２循環パイプ内を循環する排気ガスの質量流量を示す信号を処理するように設計されたさらなる制御ブロックからなり、前記電子制御手段は、排気ガスの補正流量を示す前記信号を前記循環パイプにおける排気ガスの質量流量を示す前記信号から減算することにより得られるさらなる出力信号を介して、前記第２循環パイプの第２循環弁を制御すること想定していることを特徴とする請求項５に記載の内燃エンジン。
11. 前記第２信号は、前記基準値と前記量の前記評価値との間の差に基づいて得られることを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジン。
12. 主空気パイプと、
    前記主空気パイプの下流にあって前記主空気パイプを通過する量よりも多いガス質量が通過する吸気パイプと、
    前記吸気パイプと排気パイプをそれぞれ制御する少なくとも１つの吸気弁と少なくとも１つの排気弁とを備えた少なくとも１つのシリンダと、
    排気ガス循環弁により制御され、排気パイプを流れる排気ガスの一部を吸気パイプに再供給する
    排気ガス循環のための少なくとも１つの循環パイプ、又は弁可変駆動システムを用いてシリンダの燃焼室内で直接排気ガスを循環する手段と、
    前記主空気パイプを通過する空気の流量センサと、
    エンジンの運転状態を検出する第１センサ手段と、
    前記吸気パイプと排気パイプの流体力学状態を検出する第２センサ手段と、
    前記少なくとも１つの循環パイプの前記循環弁、又は前記弁可変駆動システムを出力信号を介して制御するように設計された電子制御手段とからなり、
    前記制御手段には、前記第１センサに基づいて、前記少なくとも１つの循環パイプ又は直接前記シリンダの燃焼室内の循環排ガスの質量流量を示す第１信号の処理が設けられている、タイプの内燃エンジンにおける排ガス循環システムを制御する方法において、
    前記方法は、前記吸気パイプ内を循環するガス質量の状態を表す少なくとも１つの量の制御を想定しており、
    前記第１センサ手段により送信されるデータに基づく安定状態における前記量の基準値が前記量に起因し、
    前記量の分析モデルが処理され、該分析モデルは、前記吸気パイプ、前記排気パイプ、及び前記循環パイプのうちから１又は複数の流体力学的状態を調整する物理学的法則に基づいて構成され、前記分析モデルは、前記第１センサ手段、前記第２センサ手段、及び前記流量センサによって送信されるデータに基づいて、前記量の現実値の評価値を生成し、前記基準値と前記評価値の間の偏差の補正の動作が想定され、
    これにより、排気ガスの補正質量流量を示す第２信号が生成され、該第２信号は、前記第１信号に加えられ、前記少なくとも１つの循環パイプを循環し、あるいはシリンダの燃焼室に直接循環する排気ガスの補正流量を調整するような出力信号を生成でき、
    この出力信号に前記基準値と前記評価値の間の等価値が相当する、内燃エンジンにおける排ガス循環システムを制御する方法。
13. 前記吸気パイプに介設されたコンプレッサと、
    前記排気パイプに介設され、前記コンプレッサを制御するタービンと、
    前記タービンの下流の前記排気パイプに介設され、触媒コンバータ手段と微粒子濾過手段とからなる排気ガス処理装置と、を有するエンジンに適用されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記少なくとも１つの循環パイプは、前記タービンの上流の点で排気パイプから分岐して前記コンプレッサの下流の点で前記吸気パイプと合流する、排気ガス循環用の第１循環パイプからなる、エンジンに適用されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記少なくとも１つの循環パイプは、前記タービンの下流の点で排気パイプから分岐して前記コンプレッサの上流の点で前記吸気パイプと合流し、前記電子制御手段により制御される第２排気ガス循環弁によって制御される、排気ガス循環用の第２循環パイプからなる、エンジンに適用されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 前記手段は、弁可変駆動システムの援助によって、前記シリンダの内燃室内で直接排気ガスが循環するように設けられた、エンジンに適用され、
    前記エンジンはさらに、前記タービンの下流の点で排気パイプから分岐して前記コンプレッサの上流の点で前記吸気パイプと合流し、前記電子制御手段により制御されるそれぞれの排気ガス循環弁によって制御される、排気ガス循環用の循環パイプからなる、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
17. 前記量は、循環残留空気から浄化される循環燃焼ガスの質量流量とシリンダへの吸気における質量流量との間の割合で表される比として規定される、シリンダへの「有効ＥＧＲパーセンテージ」を表すことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
18. 前記量は、循環残留空気を含みシリンダに有効に取り込まれる空気の量をシリンダ自身に噴射される燃料の量と相関させるシリンダでの「有効ラムダ」を表すことを特徴とする請求項１２又は１７に記載の方法。
19. 前記量の分析モデルは、前記吸気パイプ、前記第１循環パイプ、及び前記排気パイプにおける流体力学的状態を調整する物理学的法則に基づいて構成され、前記補正流量の出力信号は、前記第１循環パイプの循環弁を制御するように設計されていることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
20. 前記第１センサ手段に基づいて前記第２循環パイプ内を循環する排気ガスの質量流量を示す信号を処理することを想定していることを特徴とし、
    また、排気ガスの補正流量を示す前記信号を前記第２循環パイプにおける排気ガスの質量流量を示す前記信号から減算することにより得られるさらなる出力信号を介して、前記第２循環パイプの第２循環弁を制御すること想定していることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記第１センサ手段に基づいて前記第２循環パイプ内を循環する排気ガスの質量流量を示す信号を処理することを想定し、前記電子制御手段は、排気ガスの補正流量を示す前記信号を前記循環パイプにおける排気ガスの質量流量を示す前記信号から減算することにより得られるさらなる出力信号を介して、前記第２循環パイプの第２循環弁を制御すること想定していることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
22. 前記第２信号は、前記基準値と前記量の前記評価値との間の差に基づいて得られることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
23. 前記電子手段は、前記弁可変駆動システムと前記循環パイプの循環弁を同時に制御することを特徴とする請求項１６又は２１に記載の方法。
24. 前記電子手段は、前記第１と第２の循環パイプの各循環弁を同時に制御することを特徴とする請求項１５又は２０に記載の方法。